В Центре имени Келдыша, ведущей в России организации в области ракетного двигателестроения и космической энергетики, в 2007 году был основан отдел нанотехнологий. О новейших разработках для космической отрасли, создаваемых благодаря исследованиям в области нано, рассказывает руководитель отдела Ражудин Ризаханов.
Справка STRF.ru:
Ризаханов Ражудин Насрединович, руководитель отдела нанотехнологий ФГУП «Исследовательский центр им. М.В. Келдыша», кандидат физико-математических наук
Ражудин Насрединович, расскажите, пожалуйста, о вашем отделе.
— Отдел нанотехнологий возник как структурная единица в 2007 году, а в 2008-м получил статус самостоятельного подразделения. За этот короткий срок нам удалось сделать довольно многое — построить новое здание, приобрести и освоить современное оборудование, позволяющее вести исследования на глубоком уровне, организовать связи с другими предприятиями. По уровню технической оснащённости мы уже занимаем ведущие позиции в стране, а, может быть, и в Европе. Но самое главное — мы нашли хороших специалистов, которые сумели «сцементировать» отдел. Большая часть наших сотрудников — молодые специалисты, выпускники главных вузов страны, таких как МФТИ, МИФИ, МИСиС, МАИ, МЭИ, МАТИ и др.
В каких основных направлениях ведёте исследования?
— Одно из наших направлений — это лёгкие и прочные материалы. Первое свойство особенно важно для космической промышленности, ведь снижение веса конструкции всего лишь на один килограмм позволит увеличить вес полезного груза на тот же килограмм, что даёт экономию в 15 тысяч долларов США.
Второе направление — это разработка покрытий для теплозащиты, предотвращения коррозии, терморегулирования поверхностей. Роль покрытий в космической технике велика. Например, неудачное покрытие космического аппарата приводит к его перегреву под действием солнечных лучей. Через некоторое время приборы, работающие в определённом температурном диапазоне, выйдут из строя. Или другой пример — двигатель, температура в рабочей зоне которого достигает нескольких тысяч градусов, соответственно, его стенки подвергаются действию гигантских тепловых потоков, и если не предпринять меры по их уменьшению, то система охлаждения просто не справится. Теплозащитное покрытие позволяет при прочих равных поддерживать более высокие температуры рабочей среды, что приводит к увеличению температуры и стекающего газа, а значит, и удельного импульса двигателя, или, грубо говоря, его тяги. Поэтому покрытия мы выделили в отдельное направление.
Также мы работаем в области энергетики и приборостроения — занимаемся солнечными батареями, разрабатываем микромеханизмы, датчики, сенсоры, которые важны для работы многих систем на борту космического корабля. Например, мы создаём сенсоры на основе нанотрубок. Если взять нанотрубку и поместить на неё атом другого вещества, то её вольт-амперные характеристики изменятся в зависимости от того, атом какого вещества находится на нанотрубке. Если провести соответствующие исследования, то для каждого вещества можно получить уникальные вольт-амперные характеристики. Вот вам и готовый наносенсор. Идея простая, но для её воплощения необходимо провести большое количество исследований.
Ещё одна область нашей деятельности — проведение измерений для других предприятий и смежных подразделений Центра Келдыша. На нашем растровом электронном микроскопе FEI Quanta 600 с автоэмиссионным катодом мы без особых проблем можем получать увеличение в сто тысяч раз. В принципе, возможно увеличение и до пятисот тысяч раз, но для этого микроскоп нужно перенести в специальное помещение, экранирующее все электромагнитные поля, которые вносят искажения в получаемую картинку. Такое помещение уже готово, мы планируем перенести туда микроскоп в самое ближайшее время.
При этом наш отдел ещё не полностью укомплектован, но уже имеющееся оборудование мы стараемся использовать максимально эффективно. Некоторые приборы используем даже не по прямому назначению. Например, у нас есть атомно-силовой микроскоп, при помощи которого мы научились измерять нанотвёрдость и даже наноупругость.
Также большой пласт составляют задачи, связанные с военной техникой.
Расскажите о мировых тенденциях в авиации и космонавтике, связанных с нанотехнологиями.
— Больше всего от учёных ждут лёгких и прочных конструкций, а также материалов со специфическими свойствами, например, с очень низкой или очень высокой теплопроводностью. Нанотехнологии позволяют создавать такие материалы. Низкая теплопроводность, например, достигается компоновкой материала из полых наносфер, в результате получается что-то вроде пенопласта, только гораздо более твёрдое. Высокую теплопроводность получают за счёт создания структур, схожих со структурой алмаза, теплопроводность которого в пять раз выше теплопроводности меди. Для создания материалов с требуемыми оптическими свойствами применяют фотонные кристаллы.
Нанотехнологии в Центре имени Келдыша занимают важное место и развиваются весьма динамично. Работы в этом направлении проводятся при непосредственном участии руководства Центра.
В ФЦП «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008—2010 годы» Центр Келдыша назначен головной организацией по направлению «Функциональные наноматериалы для космической техники». Каковы ваши функции?
— Во-первых, мы предоставляем квалифицированную помощь другим предприятиям Роскосмоса в проведении измерений. Во-вторых, мы помогаем им грамотно ставить исследовательские задачи. В-третьих, мы должны сопровождать и курировать их деятельность в этой отрасли. В-четвёртых, мы организовали у себя Центр коллективного пользования по применению нанотехнологий в космической отрасли. И, наконец, мы являемся элементом инфраструктуры Центра метрологического обеспечения, то есть следим за правильностью измерений наноразмерных объектов в работах, проводимых в отрасли.
Расскажите поподробнее о ЦКП.
— Вообще, в соответствии с ФЦП создано более 40 ЦКП (например, в МИСиСе, Курчатовском институте, МИЭТе, «Прометее» и других местах). С одной стороны, они призваны решать общие для наноиндустрии задачи, а с другой — ориентироваться на отраслевые проблемы.
Особенность нашего ЦКП — направленность на проблемы космической техники. Мы разрабатываем материалы, работающие в экстремальных условиях — при высоких давлениях, радиационных воздействиях, очень высоких и, наоборот, сверхнизких температурах и т. п. За два года работы мы сделали более 10 тысяч снимков различных образцов и изделий, помогли установить причины некоторых неудачных запусков космических аппаратов.
Как вы взаимодействуете с другими организациями отрасли?
— В апреле этого года мы организовали рабочую группу из представителей предприятий Роскосмоса, которые заинтересованы в проведении исследований в области нанотехнологий. Эта рабочая группа собирается ежемесячно. Во время таких встреч мы анализируем текущую ситуацию, обсуждаем актуальные проблемы в отрасли и формируем предложения для Федеральной космической программы в области нанотехнологий.
Как Вы считаете, может ли космос обойтись без нанотехнологий? Не слишком ли они дороги и, возможно, опасны?
— Может, но не должен! Атомная энергетика, освоение космоса тоже были дорогими и опасными предприятиями. Любознательность, пытливость, неуёмность заставляют нас всё время заглядывать за край. И если мы не будем этого делать, то, наверное, перестанем быть людьми.
Дмитрий Чулкин для STRF.ru
